(57)【要約】【課題】太陽光により海水を直接加熱して、大量の蒸気量を得ることができる海水淡水化装置を提供する。【解決手段】海水Ａが保持された蒸発釜２の底面３を太陽光Ｌにより加熱するため、海水Ａを直接加熱することができる。従って、効率良く海水Ａを加熱することができる。特に、蒸発釜２の底面３を加熱するため、対流により海水Ａ全体に熱が伝わりやすく、熱効率が良い。蒸気Ｂを発生させるための熱エネルギーは太陽光Ｌを利用し、蒸気Ｂを凝縮するための冷却エネルギーは冷たい海水Ａを利用するため自然エネルギーのみを利用している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上から所定の高さに設置されて上部に空間部を残した状態で内部に海水が保持される蒸発釜と、
蒸発釜の周辺の地上に設置されて太陽光を蒸発釜の少なくとも底面に向けて反射させる複数のヘリオスタットと、
蒸発釜の空間部から形成されて下方へ延びる蒸気パイプと、
冷却流体が循環された状態で蒸気パイプと接触するコンデンサと、
蒸気パイプの下端に接続されて蒸気パイプ内で凝縮された淡水を溜める淡水タンクと、から成ることを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項２】
冷却流体が海から循環された海水であることを特徴とする請求項１記載の海水淡水化装置。
【請求項３】
冷却流体が冷水循環機から循環された冷水であることを特徴とする請求項１記載の海水淡水化装置。
【請求項４】
コンデンサを通過した海水を蒸発釜に注入することを特徴とする請求項２記載の海水淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽エネルギーを利用した海水淡水化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海水を淡水化する方法として蒸発法が知られている。従来は、蒸発用の熱源として、重油を燃焼させたボイラーを用いていたが、燃料コストが高いことと、地球温暖化の原因となる二酸化炭素を大量に排出するため、近年では太陽エネルギーを利用した海水淡水化装置の提案がされている。
【０００３】
この種の海水淡水化装置としては、透明な蒸発タンクの内部に海水を貯留し、海水の上部には中空部を形成し、その中空部内に保持した芯棒に太陽光を集光させる構造になっている。太陽光はミラーで反射して芯棒に当て、太陽光により加熱された芯棒が中空部の空気を温めることにより、海水表面からの蒸発が促進される構造になっている。海水表面からの水蒸気は冷却されて淡水となり、貯水タンクに溜められる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８６９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、太陽光により芯棒を加熱し、加熱した芯棒により空気を温め、その温めた空気により海水表面からの蒸発を促進させる構造のため、海水の加熱が間接的で、得られる蒸気量が十分ではない。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、太陽光により海水を直接加熱して、大量の蒸気量を得ることができる海水淡水化装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、所定の高さに設置されて上部に空間部を残した状態で内部に海水が保持される蒸発釜と、蒸発釜の周辺の地上に設置されて太陽光を蒸発釜の少なくとも底面に向けて反射させる複数のヘリオスタットと、蒸発釜の空間部から形成されて下方へ延びる蒸気パイプと、冷却流体が循環された状態で蒸気パイプと接触するコンデンサと、蒸気パイプの下端に接続されて蒸気パイプ内で凝縮された淡水を溜める淡水タンクと、から成ることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、冷却流体が海から循環された原海水であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、冷却流体が冷水循環機から循環された冷水であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、コンデンサを通過した海水を蒸発釜に注入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、海水が保持された蒸発釜の底面を太陽光により加熱するため、海水を直接加熱することができる。従って、効率良く海水を加熱することができる。しかも、蒸発釜の底面を加熱するため、対流により海水全体に熱が伝わりやすく、太陽エネルギーが効率的に熱に変換されて、大量の蒸気量を発生させることができる。大量の蒸気が発生すれば、それを冷却させて大量の淡水を得ることができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、海から循環された冷たい海水を冷却流体として利用するため、蒸気を凝縮させためのエネルギーが少なくて済む。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、冷水循環機から循環された冷水を冷却流体として利用するため、蒸気を効果的に凝縮させることができ、海水を冷却流体として利用する場合に比べて、同じ蒸気量でも、より大量の淡水を得ることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、コンデンサを通過した海水を蒸発釜に注入するため、注入される海水の温度が蒸気との熱交換によりある程度高くなっており、海水淡水化装置全体の熱効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る海水淡水化装置を示す概略図。
【図２】海水淡水化装置を示す平面図。
【図３】ヘリオスタットを示す斜視図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る海水淡水化装置を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
図１〜図３は、本発明の第１実施形態を示す図である。この実施形態に係る海水淡水化装置の中心には、所定高さ（約１０ｍ）を有する４本のタワー１が立設されている。そのタワー１の上部には、金属製の蒸発釜２が設置されている。
【００１７】
蒸発釜２は基本的に角型中空構造で、底面３は内側へ凸の湾曲面になっている。尚、底面３は平面でも、外側に凸の湾曲面でも良い。底面３には耐熱性の黒色塗装が施されている。
【００１８】
蒸発釜２の周囲の地上には、太陽Ｓを追尾しながら、太陽光Ｌを常に蒸発釜２の底面３に向けて反射するヘリオスタット４が複数設置されている。ヘリオスタット４は、図２に示すように、蒸発釜２の南側を除き、蒸発釜２を中心にした放射状に複数設置されている。
【００１９】
個々のヘリオスタット４は、図３に示すように、ベース部５に立設された支柱６の頂部に反射ミラー７を備えた構造になっている。反射ミラー７は多数の小ミラーから構成され、全体として凹面形状になっている。従って、ほぼ平行光である太陽光Ｌは反射ミラー７で反射されることにより、ターゲット（底面３）に向けて集光する太陽光Ｌとなる。反射ミラー７は支柱６の頂部に対して高度方向及び方位方向で回転自在になっている。反射ミラー７は、太陽Ｓを追尾して、太陽光Ｌの移動角度の概ね１／２ずつ回転して、常に太陽光Ｌを同じ方向へ反射し続ける。このような反射ミラー７の制御は、光センサーによるフィードバック方式で行っても良いし、コンピュータ制御方式で行っても良い。
【００２０】
蒸発釜２の内部には海水Ａが保持されている。蒸発釜２には、注入管８と、排水管９があり、どちらにもバルブ１０、１１が設けられている。排水管９側のバルブ１１は常時閉で、海水Ａがバルブ１１に達したときにバルブ１１の高さまで海水Ａを強制排出するようになっている。
【００２１】
排水側のバルブ１１の上部には塩分センサー１２が設けられている。この塩分センサー１２は海水Ａの表面に浮かべる「浮き方式」で、海水Ａの塩分濃度により、海水Ａの表面における位置が浮力により変化するため、浮かんでいる位置が高い場合には、浮力大（塩分濃度大）と判断して、注入側のバルブ１０に信号を出力して注入管８から海水Ａを強制的に蒸発釜２内に注入する。
【００２２】
蒸発釜２の内部の海水Ａの上部には空間部１３が形成されている。この空間部１３は海水Ａの水分が蒸発した蒸気Ｂが溜まる空間である。蒸発釜２の上部からは、この空間部１３に連通した蒸気パイプ１４が延出形成されている。蒸気パイプ１４は、蒸発釜２から上方へ真っ直ぐに延びる直管部１４ａと、直管部１４ａの上部から南側へ向けて斜めに下がる傾斜部１４ｂと、傾斜部１４ｂから下向きに延びる蛇行部１４ｃとから構成されている。
【００２３】
蛇行部１４ｃの下端には、ほぼ地上高さ位置に淡水タンク１５が設置されている。淡水タンク１５は内部に淡水Ｃを貯留するためのもので、蛇行部１４ｃは淡水タンク１５の上面に接続され、淡水Ｃの上部には空間部１６が形成されている。
【００２４】
淡水タンク１５の上面には、淡水タンク１５の空間部１６に連通した排気管１７が形成されている。排気管１７の先端にはファン１８が設けられ、空間部１６内のエアーを外部へ排出するようになっている。
【００２５】
そして、蒸気パイプ１４における蛇行部１４ｃの周囲には、蛇行部１４ｃを取り囲むジャケット状のコンデンサ１９が形成されている。このコンデンサ１９の下部には、導入管２０が接続され、上部には排出管２１が接続されている。導入管２０の先端は海２２の中に設置され、ポンプ２３により、フィルター２４を介して海水Ａを前記コンデンサ１９内に導入することができる。排出管２１も先端が海２２側に突出しており、コンデンサ１９を通過した海水Ａを海２２へ戻すことができる。
【００２６】
排出管２１の途中には合流管２５が設けられ、前記蒸発釜２の排水管９が接続され、蒸発釜２から強制排出された塩分濃度の高い海水ａを、コンデンサ１９を通過した海水Ａと共に海２２へ戻すことができる。
【００２７】
更に、蒸発釜２へ海水Ａを注入する注入管８の反対側の端部は、コンデンサ１９の上部へ接続されている。従って、蒸発釜２に注入される海水Ａはコンデンサ１９を通過したものである。
【００２８】
尚、コンデンサ１９は、図１及び図２では、蒸発釜２の南側の近い位置に設置されているように図示されているが、実際には、ヘリオスタット４への太陽光Ｌの入光を邪魔しないように、ある程度、南側の離れた位置に設置されている。従って、蒸気パイプ１４の傾斜部１４ｂも、図示の状態よりは長く形成されている。
【００２９】
次に、この実施形態の作用を説明する。
【００３０】
導入管２０からコンデンサ１９内に海水Ａを導入して循環させる。コンデンサ１９を通過した海水Ａは排出管２１から連続的に海２２に戻され、コンデンサ１９内は常に冷たい海水Ａで満された状態となる。
【００３１】
コンデンサ１９を通過した海水Ａの一部を注入管８を介して蒸発釜２内に導入する。最初は、海水Ａを排出側のバルブ１１の位置まで導入する。
【００３２】
蒸発釜２内に海水Ａが保持された状態で、ヘリオスタット４にて太陽光Ｌを蒸発釜２の底面３に向けて集光する。ヘリオスタット４からの太陽光Ｌは、底面３に均等に当たるように分散される。底面３の一部が部分的に高温になるよりも、底面３の全体が高温になった方が熱効率が良いためである。底面３が湾曲しているため、底面３と太陽光Ｌとの角度が大きくなり、底面３にて太陽光Ｌが確実に吸収される。また、底面３に黒色塗装を施していることも、太陽光Ｌの吸収を良くしている。このように、太陽光Ｌは蒸発釜２の底面３において効率良く熱に変換される。
【００３３】
底面３が高温になるため、底面３に接している海水Ａも加熱され、海水Ａの表面から蒸気Ｂが発生する。太陽光Ｌのエネルギーが大きい場合は、海水Ａが沸騰して、海水Ａの表面だけでなく、海水Ａの全体から蒸気Ｂが発生する。蒸発釜２の底面３を加熱するため、対流により海水Ａ全体に熱が伝わりやすく、太陽エネルギーが効率的に熱に変換されて、大量の蒸気Ｂを発生させることができる。
【００３４】
また、蒸発釜２の空間部１３が、蒸気パイプ１４を介して、淡水タンク１５の空間部１６に連通され、その空間部１６が排気管１７のファン１８により吸引されているため、空間部１３の気圧が大気圧よりも若干低くなっている。そのため、蒸発釜２内の海水Ａの水分が蒸発しやすい状態になっている。
【００３５】
蒸発して空間部１３に溜まった蒸気Ｂは蒸気パイプ１４側に導かれる。前述のように、蒸気パイプ１４の反対側から排気管１７のファン１８により吸引されているため、蒸発釜２から蒸気パイプ１４側への蒸気Ｂの移動は促進される。
【００３６】
蒸気パイプ１４内に移動した蒸気Ｂは、まず傾斜部１４ｂで空冷により冷却される。次に、蛇行部１４ｃを通過する間に、コンデンサ１９内の冷たい海水Ａと大きな面積で接触し、そこで熱交換されて凝縮され、淡水（蒸留水）Ｃとなる。蛇行部１４ｃ内で冷却された淡水Ｃは、そのまま淡水タンク１５内に導入されて貯留される。
【００３７】
蒸発釜２内の海水Ａは水分を蒸発させることにより、塩分濃度が上昇するが、予め設定された濃度より濃くなった場合には、塩分センサー１２が検知して、注入管８のバルブ１０を開き、コンデンサ１９の上部から新鮮な海水Ａが蒸発釜２内に注入される。蒸発釜２に注入される海水Ａは、コンデンサ１９内で蛇行部１４ｃと熱交換することにより比較的温かくなっているため、蒸発釜２内に導入された後も少ない熱エネルギーで蒸発させることができ、熱効率が良い。
【００３８】
蒸発釜２内への新鮮な海水Ａの導入は、蒸発釜２内の海水Ａの塩分濃度が所定濃度に達するまで行われる。その過程で、排出側のバルブ１１の高さよりもオーバーフローする高濃度の海水ａはバルブ１１により排水管９から強制排出される。強制排出された高濃度の海水ａは、排水管９から合流管２５を介して排出管２１に合流し、コンデンサ１９を通過した海水Ａと一緒に海２２に戻される。
【００３９】
以上説明したように、この実施形態によれば、海水Ａが保持された蒸発釜２の底面３を太陽光により加熱するため、海水Ａを直接加熱することができる。従って、効率良く海水Ａを加熱することができる。特に、蒸発釜２の底面３を加熱するため、対流により海水Ａ全体に熱が伝わりやすく、熱効率が良い。
【００４０】
また、蒸気Ｂを発生させるための熱エネルギーは太陽光Ｌから得て、蒸気Ｂを凝縮するための冷却エネルギーは、海２２からの海水Ａから得るため、ほとんど自然エネルギーで済む。化石燃料に起因したエネルギーの使用は、ポンプ２３やファン１８等で使用する電力など、ほんの僅かで済む。
【００４１】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態を示す図である。本実施形態は、前記第１実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
【００４２】
この実施形態では、蒸発釜２の注入管２６には、海２２からの海水Ａが直接注入できるようになっている。また、排水管２７からの高濃度の海水ａも直接海２２に戻せるようになっている。
【００４３】
コンデンサ２８の導入管２９と排出管３０は、地上に設置された冷水循環機３１に接続されている。冷水循環機３１は、内部に冷凍機を備え、冷水Ｄを循環することができる。従って、コンデンサ２８の内部は常に冷水Ｄが循環された状態となっている。冷水Ｄは冷却された淡水でもよいし、不凍液のような液体でも良い。
【００４４】
冷水循環機３１で使用する電力は、別途設置された太陽電池パネル３２により供給される。太陽電池パネル３２は複数設置され、太陽光Ｌを受光することにより、冷水循環機３１に必要は電力を発生することができる。
【００４５】
この実施形態によれば、冷水循環機３１から循環された冷水Ｄを冷却流体として利用するため、蒸気Ｂを効果的に凝縮させることができる。すなわち、海水Ａを冷却流体として利用する場合に比べて、同じ蒸気量でも、より大量の淡水Ｃを得ることができる。また、その冷水循環機３１用の電力を太陽電池パネル３２により供給すれば、自然エネルギーだけで淡水Ｃを製造することができる。
【００４６】
以上の各実施形態では、蒸気Ｂを蒸気パイプ１４内に通し、その周囲にコンデンサ１９、２８を形成する例を示したが、逆に、冷却するコンデンサの周囲に蒸気Ｂを通して凝縮するようにしても良い。
【符号の説明】
【００４７】
２  蒸発釜
３  底面
４  ヘリオスタット
１３  蒸発釜の空間部
１４  蒸気パイプ
１５  淡水タンク
１９、２８  コンデンサ
３１  冷水循環機
３２  太陽電池パネル
Ａ  海水
ａ  濃縮された海水
Ｂ  蒸気
Ｃ  淡水
Ｄ  冷水
Ｌ  太陽光
Ｓ  太陽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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